基于CDIO 理念的輪機工程專業畢業設計教學模式探討

劉揚，程寶柱，楊帆，張智強

（1.江蘇科技大學 能源與動力學院，江蘇鎮江 212100；2.蘇州東菱振動試驗儀器有限公司，江蘇蘇州 215163）

江蘇科技大學能源與動力學院輪機工程專業于2020 年入選國家級一流本科專業建設點，2022 年正式通過國際海事組織主持的工程教育認證并獲批省級卓越工程師教育培養計劃2.0 專業[1]。這標志著輪機工程專業的發展進入了一個新的階段，在獲得巨大發展機遇的同時，也面臨著嚴峻的挑戰[2]。國家級一流本科專業建設“雙萬計劃”是我國全面振興本科教育，提高高校人才培養能力，實現高等教育內涵式發展的重要舉措。能源與動力學院高度重視專業建設，順應教育發展趨勢，實現工程教育國際化。學院的輪機工程專業順利通過了國際海事組織主持的工程教育認證，輪機工程專業將以一流專業建設為契機，深化專業教育改革，完善專業培養體系。畢業設計作為培養學生綜合運用所學的基本理論、基本知識和基本技能分析解決實際問題能力的重要一環，有必要跟隨新形勢下工程教育改革的步伐，探索其教學體系改革方向，著力培養符合國家一流專業人才培養目標且具備國際標準的行業特色型專業人才。

隨著經濟社會的快速發展及經濟全球化、信息化的不斷加深，面對不斷更新的知識體系和越發強調工程能力的行業需求，教學模式的改革及轉變顯得越發重要[3]。CDIO理念[4]涵蓋了工程教育的構思、設計、實施及運行4 個方面。該理念通常以項目周期為載體培養學生專業技術知識、個人能力、職業態度、團隊工作和交流能力[5-8]。本文首先分析新形勢下輪機工程專業畢業設計教學存在的問題，進而將CDIO 理念融入畢業設計教學過程中，改進教學內容并優化評價方法，以期提高學生綜合應用知識的能力，從而更好地培養滿足行業需求的工程技術人才。

1 新形勢下輪機工程專業畢業設計教學模式存在的問題

在入選一流本科專業建設點并正式通過國際海事組織工程教育認證的背景下，對于具有較高實踐性的輪機工程學科，教育界對其教育模式的改革研究和實踐探索從未中斷[2,9-11]。面對輪機工程專業教學體系的重要環節——畢業設計，如何利用該環節實現由理論知識到實踐應用的轉化，如何提高學生的應用能力、創新能力，如何培養滿足行業發展需求的工程技術人才等一系列問題亟待解決。另外，通過實踐教學發現，畢業設計的傳統選題、指導及考核制度很難全面、客觀、科學地培養學生綜合應用知識的能力[12-15]。

在構思及選題方面，傳統的輪機工程專業畢業設計選題由學院導師單獨制定。單獨由學院導師制定的題目通常側重某一類知識，而在多種知識的綜合運用方面相對欠缺。另外，學生所選課題與往年課題具有一定的雷同性，題目往往偏向理論研究或實驗室研究，與企業及社會的需求缺乏較好的契合性。對于實踐性較強的輪機工程專業，傳統選題模式下學生的課題與各研究所、船廠實際工程課題有較大差距。在畢業設計指導模式方面，傳統模式通常是一名學院導師同時指導多名學生，導師有限的精力和學生進度的差異導致導師較難準確把握每名學生的具體情況，也無法有效控制學生畢業設計階段性目標的實現。在畢業設計實現方面，學生從開題到畢業答辯，傳統畢業設計模式中僅有一項用以粗略摸排學生進度的中期檢查環節，而缺乏其他必要的配套手段。這就導致一些學生有針對性地對中期檢查進行準備，中期檢查無法起到應有作用，最終影響學生畢業答辯的質量。在畢業設計考評方面，傳統方式往往是院系內部教師進行評閱，缺乏具體的工程項目環境。輪機工程專業實踐性較強，傳統畢業設計指導模式缺乏實際項目背景，不利于學生設計成果的綜合評價，進而影響畢業設計的整體水平。

輪機工程專業畢業設計亟須探索更加科學、更具工程實踐背景的選題、指導及考評的“全程”教學模式。畢業設計要以行業發展需求為導向，以學生能力培養為核心，縮小與企業之間的差距，最終提升輪機工程專業教學質量，培養適應社會發展、行業需求的應用型高素質人才。

2 CDIO理念的發展

1994 年，為了改進工程教育的目標及方式，麻省理工學院工程學院提出了“構思（Conceive）—設計（Design）—實施（Implement）—運行（Operate）”的教育理念，即CDIO 理念。該理念以工程項目設計為導向，除了理論知識的傳授，該理念更強調工程教育應該注重培養學生的工程能力。CDIO 理念是近代國際工程教育改革的重要成果之一，同時也是“做中學”和“基于項目教育和學習”的集中概括。在該理念提出后，包括美國麻省理工學院、瑞典查爾姆斯理工大學、新加坡南洋理工大學以及上海交通大學在內的諸多世界名校聯合探討了CDIO 理念的實現方法，發表了 CDIO 工程教育大綱與CDIO 標準，并逐步形成了一套完整的 CDIO 理念[16]。基于CDIO 理念的基本思想，通過構思、設計、實施、運行4 個階段可實現工程教育的3 個重要目標，即掌握基礎知識、領導新事物建造與運行以及充分理解技術在社會發展中的重要性。眾多高校的教學改革實踐已證明[4-8]：CDIO 理念對于工程教育質量的提升具有較高的價值。顯然，對于工程教育中的輪機工程專業，尤其是對于新形勢下的輪機工程專業中與工程實踐密切相關的畢業設計教學環節，適用CDIO理念下的教學實踐方法，通過構思、設計、實施及運行方面的教學探索，更好地提升學生的知識水平、動手能力和綜合專業水平。

3 基于CDIO理念的輪機工程專業畢業設計教學模式探索

3.1 采用“雙副導師”制的畢業設計，聯合構思出題模式

校內導師與企業導師通常存在較好的互補性。校內導師往往更多地專注于理論知識的教研，而對業界的主流技術與實現方式缺乏較好的把握，企業導師通常專長于行業一線工作的工程實踐方法，而對理論知識的研究不如校內導師精深。因此，結合企業導師與校內導師的上述特點，選擇一名校內導師與一名企業導師作為“雙副導師”，再加上一名校內的資深教授作為主導師，構成包含三名導師的導師組，有助于更好地發揮企業和高校的優勢。在畢業設計的聯合構思出題上，三名導師分工明確，各司其職，“雙副導師”主要負責溝通高校課題組的最新研究成果和企業項目之間的應用事宜，進而同時提煉出畢業設計題目，而高校主導師則利用其深厚的專業功底為“雙副導師”所構思的課題進行把關，提出修改建議。對于輪機工程專業而言，可通過高校與各船廠、船舶類研究所等單位的合作，培養具有長期合作前景的“雙副導師”，通過“雙副導師”的聯合構思（CDIO 理念的構思環節），為輪機工程專業提供行業前沿的高質量畢業設計課題。

3.2 基于多導師聯合指導的畢業設計流程設計模式

通過上述基于CDIO 理念的畢業設計聯合構思環節，可為學生提供兼具理論高度與行業應用前景的畢業設計課題。在此步驟之后，含校企“雙副導師”及高校主導師的導師組將為學生進行聯合指導，即CDIO 理念的設計環節。由三位導師組成的導師組將針對每名學生制定具體的畢業設計流程。完整的畢業設計流程包括校企調研、聯合框架設計、聯合指導以及聯合檢驗3 個部分。首先，在課題的調研階段要求學生按照企業副導師的要求開展企業調研，結合高校副導師的理論指導，使學生全面掌握課題的理論背景與應用前景。在聯合框架設計部分，企業“雙副導師”分別對學生畢業設計框架的理論推導部分和實驗部分進行方案設計，最終由高校主導師對上述方案進行整合修改，從而實現畢業設計聯合框架設計。其次，在聯合指導階段，學生須根據實際完成情況和實驗設施擇時在企業完成畢業設計的一部分工作。最后，在聯合檢驗部分，分別由校企“雙副導師”對每名學生畢業設計的理論水平和應用價值進行評價打分，作為學生答辯評分的依據之一。

3.3 基于校企聯合的畢業設計協同實現模式

根據上一小節制定的畢業設計流程，學生選題后將通過完整的校企調研、聯合框架設計、聯合指導以及聯合檢驗4 個階段完成畢業設計，而這4 個階段均需通過校企聯合協同實現（CDIO 理念的實現環節）。在校企調研階段，學生首先在高校通過查閱整理文獻完成課題的初期調研，然后根據企業副導師制定的企業調研計劃，深入企業相關科室、車間進行企業調研，掌握所選課題的行業現狀。學生可以全程在高校完成聯合框架設計階段，但此時企業副導師也須提供詳盡的實驗方案指導。在聯合指導階段，高校副導師負責指導學生完成畢業設計中理論方法的構建。在此之后，學生須根據企業導師的指導制定完整的實驗方案，然后與企業溝通實驗計劃，利用企業的設備及其他條件完成實驗。在聯合檢驗階段，高校主導師根據學生畢業設計的整體水平以及校企“雙副導師”分別對學生畢業設計的理論和應用價值的評分進行綜合評估打分。通過上述階段的協同實現，可充分利用校企雙方各自的優勢，培養學生通過理論知識解決復雜工程問題的能力。

3.4 基于全程監督的畢業設計綜合運行模式

上述小節中包含了CDIO 理念中的構思、設計及實現3 個方面的內容，旨在通過充分利用校企資源使學生具備較高的理論素養和動手能力。而在上述3 個方面內容之外，畢業設計模式的綜合運行也十分重要。在畢業設計過程中，主導師對每名學生各階段任務的完成情況進行全程監督。除了對學生學習態度和畢業設計階段性完成情況的監察和打分之外，全程監督的另一個重要方面是關注并記錄學生在畢業設計中遇到的具體問題，主導師需將學生的問題及其所需的必要協助內容及時告知校企“雙副導師”，從而盡快使學生在畢業設計中的困難得到解決。在這一過程中，校企“雙副導師”針對學生在問題解決過程中的具體表現對該學生進行評分。最終，導師組在全程監督中的評分成為學生畢業設計最終評分的重要參考之一。這樣就給學生畢業設計的考評增加了額外的參考，從而有利于更科學、全面地對學生畢業設計的完成情況進行評價，最終有利于畢業設計整體流程的綜合運行。

4 結束語

基于 CDIO 理念對輪機工程專業本科生畢業設計進行改革探索，采用“雙副導師”構思出題模式、多導師聯合指導流程設計模式、校企聯合協同實現模式以及全程監督綜合運作模式對畢業設計各環節進行設計，有助于整合高校及企業的教學資源和工程資源，更好地培養學生綜合運用知識解決復雜工程問題的能力。提高畢業設計質量的同時，上述探索還有助于使學生加深對行業現狀的理解與把握，從而有的放矢地彌補自身短板，更好地適應社會發展與行業需求。